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科学家发现了线粒体基因组共存的竞争机制

国家心血管研究中心(CNIC)的研究已经确定了共存于同一细胞内的不同线粒体基因组之间的竞争机制。这项研究发表在今天的《科学进展》杂志上,研究了为什么细胞中同时存在的不止一种线粒体DNA (mtDNA)变异会在大多数细胞中被排斥,这些细胞选择单一的mtDNA变异,其身份取决于组织。

这项研究是由Jose Antonio Enriquez博士协调的,他是CNIC氧化磷酸化系统的功能遗传学实验室的负责人。线粒体DNA是只由母亲传给后代的遗传物质。研究小组发现,在同一细胞中mtDNAs的选择取决于它们对细胞代谢的影响,并可能受到基因功能差异、药物作用或饮食变化的影响。这些因素共同决定了对特定mtDNA变异的偏好。

这项研究是经过5年多的研究和与欧洲多个实验室合作的结果。结果表明,细胞可以检测具有不同mtDNA基因组的线粒体的存在,并选择更适合特定细胞类型的代谢需要的变异。这就解释了所选择的mtDNA变异在不同细胞类型之间的差异。

该研究的第一作者Ana Victoria Lechuga-Vieco博士解释说:“研究表明mtDNA变异的选择取决于细胞类型,而不是之前认为的组织。”“细胞对一种特定线粒体变体的偏好取决于细胞的代谢程序和对新陈代谢和线粒体质量控制有微妙影响的几个核基因。我们已经证明,这种机制是一个功能选择的过程。”

线粒体是存在于大多数真核细胞细胞质中的细胞器。线粒体通过在呼吸链中产生ATP(三磷酸腺苷)来提供细胞中大部分的可用能量。ATP是生物体能量的主要来源。线粒体有自己的DNA,只占人类遗传信息的0.2%,并编码37个基因。

“同一细胞中同时存在一种以上mtDNA变体的情况在人类中比预期的更为常见,这可能是线粒体疾病的新疗法和涉及线粒体捐献的新医疗技术的结果。”这种情况在技术上被定义为异质性。理解异质性的含义对于评估引起异质性的手术的安全性至关重要。

安娜Latorre-Pellicer博士合著的文章,目前一名调查员大学的萨拉戈萨说,这项新研究”提供了第一个描述存在不止一次的线粒体基因组在细胞水平,以及定义不同的线粒体基因组之间的竞争机制在同一个细胞。”

这项研究使用的是同时存在于单个细胞中的不同线粒体基因组的小鼠。该模型系统使研究小组能够确定细胞如何选择一种线粒体变体以避免一种以上mtDNA的存在,并研究细胞核和线粒体之间通信的复杂性。

此外,研究人员补充说,该研究已经确定了分子靶点,用于开发控制mtDNA选择和细胞代谢的工具,以防止通过新的医疗程序意外产生异质质体。这些新技术包括移植健康的线粒体以预防线粒体疾病,向卵母细胞注入线粒体以提高生育能力,以及在细胞治疗中提出的将线粒体转移以治疗心血管、肺部和神经系统疾病等多种疾病。

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